Key info


Date:
25 September 2020

Authors:
Alexandra B Hogan, Peter Winskill, Oliver J Watson, Patrick GT Walker, Charles Whittaker, Marc Baguelin1, David Haw, Alessandra Løchen, Katy A M Gaythorpe,Imperial College COVID-19 Response Team, Farzana Muhib, Peter Smith, Katharina Hauck, Neil M Ferguson, Azra C Ghani1

1Correspondence:
a.ghani@imperial.ac.uk

Imperial College COVID-19 Response Team
Kylie Ainslie, Samir Bhatt, Adhiratha Boonyasiri, Olivia Boyd, Nicholas Brazeau, Lorenzo Cattarino, Giovanni Charles, Laura V Cooper, Helen Coupland, Zulma Cucunuba, Gina Cuomo-Dannenburg, Christl A Donnelly, Ilaria Dorigatti, Oliver D Eales, Sabine van Elsland, Fabricia Ferreira Do Nascimento, Richard FitzJohn, Seth Flaxman, Will Green, Timothy Hallett, Arran Hamlet, Wes Hinsley, Natsuko Imai, Elita Jauneikaite, Ben Jeffrey, Edward Knock, Daniel Laydon, John Lees, Thomas Mellan, Swapnil Mishra, Gemma Nedjati-Gilani, Pierre Nouvellet, Alison Ower, Kris V Parag, Manon Ragonnet-Cronin, Igor Siveroni, Janetta Skarp, Hayley A Thompson, H. Juliette T. Unwin, Robert Verity, Michaela Vollmer, Erik Volz, Caroline Walters, Haowei Wang, Yuanrong Wang, Lilith K Whittles, Xiaoyue Xi


 

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WHO Collaborating Centre for Infectious Disease Modelling, MRC Centre for Global Infectious Disease Analysis, Abdul Latif Jameel Institute for Disease and Emergency Analytics (J-IDEA), Business School, Imperial College London, PATH

Summary

Several SARS-CoV-2 vaccine candidates are now in late-stage trials, with efficacy and safety results expected by the end of 2020. Even under optimistic scenarios for manufacture and delivery, the doses available in 2021 are likely to be limited. Here we identify optimal vaccine allocation strategies within and between countries to maximise health (avert deaths) under constraints on dose supply. We extended an existing mathematical model of SARS-CoV-2 transmission across different country settings to model the public health impact of potential vaccines, using a range of target product profiles developed by the World Health Organization. We show that as supply increases, vaccines that reduce or block infection – and thus transmission – in addition to preventing disease have a greater impact than those that prevent disease alone, due to the indirect protection provided to high-risk groups. We further demonstrate that the health impact of vaccination will depend on the cumulative infection incidence in the population when vaccination begins, the duration of any naturally acquired immunity, the likely trajectory of the epidemic in 2021 and the level of healthcare available to effectively treat those with disease. Within a country, we find that for a limited supply (doses for <20% of the population) the optimal strategy is to target the elderly and other high-risk groups. However, if a larger supply is available, the optimal strategy switches to targeting key transmitters (i.e. the working age population and potentially children) to indirectly protect the elderly and vulnerable. Given the likely global dose supply in 2021 (2 billion doses with a two-dose vaccine), we find that a strategy in which doses are allocated to countries in proportion to their population size is close to optimal in averting deaths. Such a strategy also aligns with the ethical principles agreed in pandemic preparedness planning.

Translations

中文 - Mandarin

2020年9月25日

报告摘要 33-模拟 COVID-19疫苗的分配及影响
目前有几种SARS-CoV-2疫苗正处于后期试验,预计2020年底将会有疗效及安全性的试验结果。即使是在乐观情况下生产和交付,2021年可用的疫苗剂量可能是有限的。本篇报告中,我们研究了国家之内和国家之间的最佳疫苗分配策略,以在剂量有限供应的情况下最大化健康效益(避免死亡)。我们通过使用世界卫生组织提供的一系列目标产品概况,将现有的SARS-CoV-2传播数学模型扩展到不同国家,以模拟潜在疫苗对公共卫生的影响。我们表明,由于对高危人群提供了间接保护,随着疫苗供应量的增加,能够减少或阻断感染及进一步传播、加上预防疾病的疫苗,比单独预防疾病的疫苗具有更大的影响。我们进一步呈现,疫苗对健康的影响将取决于疫苗接种开始时人群中的累积感染发生率、任何自然获得免疫力的持续时间、2021年可能的流行趋势、以及可用于有效医治患病人群的医疗保健水平。在国家范围内,我们发现在有限的疫苗供应量下(剂量低于20%人口),最佳策略是针对老年人和其他高危人群。但是,如果有更大的供应量,最佳策略将切换到针对主要的传播者(即工作年龄人口,可能也包含儿童),以间接保护老年人和弱势群体。考虑到2021年全球可能实现的剂量供应(两剂疫苗接种,共20亿剂),我们发现,根据国家人口数量分配剂量在避免死亡方面会接近最优策略。这种策略也符合大流行防控计划的道德原则。

日本語 - Japanese

2020年9月25日

レポート33概要 - 新型コロナウイルス感染症(COVID-19)ワクチンの配分および影響のモデル

現在、複数の新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)のワクチン候補が後期臨床試験段階に入り、2020年末までに有効性および安全性に関する試験結果が期待されていますが、製造や配送に関して楽観的に見ても、2021年に利用できる量は限られると思われます。本レポートでは、供給量が限られる中で健康状態を最大化する(死亡を回避する)ために最適な国内・国家間でのワクチン配分戦略について説明します。私たちは、ワクチン候補の公衆衛生への影響をモデル化するため、世界保健機関(WHO)が開発した様々なターゲット製品プロファイルを使用して、様々な国の新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)感染に関する既存の数理モデルを拡張しました。供給量が増加するにつれ、感染、つまりウイルス伝播を抑制または阻止するワクチンは、疾患の予防のみを目的とするワクチンと比べ、高リスクの人々に間接的な保護を提供するため、より大きな影響を及ぼすことがわかりました。私たちはまた、ワクチン接種の健康への影響が、ワクチン接種開始時の累積感染発生率や、自然獲得免疫の持続期間、2021年の流行の見通し、新型コロナウイルス患者の効果的な治療のために利用可能な医療の水準に依存することを実証しました。国内では、供給量が限られている場合(人口の20%を下回る場合)、高齢者やその他の高リスクグループを対象とするのが最適な戦略であることがわかりました。ただし、供給量が増加した場合は、高齢者や脆弱な人々を間接的に保護するために、主な感染源(労働年齢の人々や子供など)を対象とするのが最適な戦略となります。2021年に世界で供給されると思われる量(2回接種が必要なワクチン20億回分)を考えると、人口に応じた量を各国に配分する戦略が、死亡を回避する上で最適策に近いことがわかります。また、こうした戦略は、パンデミック対策計画で合意された倫理原則にも合致しています。

Español - Spanish

25 de septiembre de 2020 - Imperial College London

Informe resumido 33 - Modelización de la distribución y el impacto de una vacuna contra la COVID-19

Actualmente, varias candidatas a vacuna contra el SARS-CoV-2 se encuentran en ensayos de fase avanzada, de los que se prevé obtener resultados de eficacia y seguridad a finales de 2020. Incluso en escenarios optimistas de fabricación y entrega, es probable que las dosis disponibles en 2021 sean limitadas. En este informe identificamos las estrategias óptimas de distribución nacional y entre países de la vacuna para maximizar la salud (evitar muertes) bajo las limitaciones de suministro de dosis. Ampliamos un modelo matemático existente de transmisión del SARS-CoV-2 a distintos entornos nacionales para modelizar el impacto en la salud pública de las posibles vacunas, mediante el uso de una gama de perfiles de producto objetivo desarrollados por la Organización Mundial de la Salud. Demostramos que a medida que aumente el suministro, las vacunas que reducen o bloquean el contagio —y por tanto la transmisión—, además de prevenir la enfermedad tienen un mayor impacto que las que solo previenen la enfermedad, debido a la protección indirecta que se proporciona a los grupos de alto riesgo. Asimismo, demostramos que el impacto de la vacunación en la salud dependerá de la incidencia acumulada del contagio en la población cuando comience la vacunación, de la duración de cualquier inmunidad adquirida naturalmente, de la probable trayectoria de la epidemia en 2021 y del nivel de atención sanitaria disponible para tratar eficazmente a las personas que padezcan la enfermedad. A escala nacional, consideramos que para un suministro limitado (dosis para <20 % de la población), la estrategia óptima es administrar la vacuna a las personas mayores y a otros grupos de alto riesgo. Sin embargo, si se dispone de un mayor suministro, la estrategia óptima es administrar la vacuna a los transmisores clave (es decir, la población en edad de trabajar y potencialmente los niños) para proteger indirectamente a las personas mayores y las personas vulnerables. Dado el probable suministro de dosis a nivel mundial en 2021 (2000 millones de dosis con una vacuna de dos dosis), consideramos que una estrategia en la que las dosis se distribuyan a los países en proporción al tamaño de su población es casi óptima para evitar muertes. Esa estrategia también se ajusta a los principios éticos acordados en la planificación de la preparación para una pandemia.

Français - French

25 septembre 2020 - Imperial College London

Rapport de synthèse 33 - Modélisation de l’attribution et de l’impact d’un vaccin contre la COVID-19

Plusieurs candidats au vaccin contre le SARS-CoV-2 sont actuellement dans la phase finale de tests, et les résultats en matière d’efficacité et d’innocuité sont attendus pour la fin de l’année 2020. Même dans le cadre de scénarios de fabrication et de mises à disposition optimistes, les doses disponibles en 2021 seront probablement limitées. Nous identifions ici les stratégies optimales d’attribution de vaccins au sein des pays et entre eux, afin de maximiser la santé (éviter les décès) en cas de contraintes sur l’approvisionnement des doses. Nous avons élargi un modèle mathématique existant de la transmission du SARS-CoV-2 à différents contextes nationaux afin de modéliser l’impact des vaccins potentiels sur la santé publique, en utilisant une série de profils de produits cibles élaborés par l'Organisation mondiale de la santé. Nous montrons qu’à mesure que l’approvisionnement augmente, les vaccins qui réduisent ou bloquent l’infection, et donc la transmission, en plus de prévenir la maladie, ont un impact plus important que ceux qui préviennent uniquement la maladie, en raison de la protection indirecte fournie aux groupes à haut risque. Nous démontrons par ailleurs que l’impact sanitaire de la vaccination dépendra de l’incidence cumulative de l’infection au sein de la population lorsque la vaccination débutera, de la durée de toute immunité acquise naturellement, de la trajectoire probable de l’épidémie en 2021 et du niveau des soins de santé disponibles pour traiter efficacement les personnes atteintes de la maladie. Au sein d’un pays, nous constatons que face à un approvisionnement limité (doses disponibles pour moins de 20 % de la population), la stratégie optimale consiste à cibler les personnes âgées et les autres groupes à haut risque. Toutefois, si la disponibilité est plus importante, la stratégie optimale consiste alors à cibler les principaux transmetteurs (c'est-à-dire la population en âge de travailler et éventuellement les enfants) pour protéger indirectement les personnes âgées et vulnérables. Compte tenu de l’approvisionnement mondial probable de doses en 2021 (2 milliards de doses avec un vaccin à deux doses), nous constatons qu’une stratégie qui consiste à attribuer les doses aux pays en fonction de la taille de leur population est proche de la stratégie optimale pour éviter les décès. Une telle stratégie s’aligne également sur les principes éthiques convenus dans la planification de l’état de préparation à une pandémie.

Italiano - Italian

25 settembre 2020 - Imperial College London 

Report 33 - Modellazione dell'allocazione e dell'impatto di un vaccino COVID-19 

Diversi candidati vaccini SARS-CoV-2 sono ora in fase avanzata di sperimentazione, con risultati di efficacia e sicurezza previsti entro la fine del 2020. Anche in scenari ottimistici per la produzione e la consegna, è probabile che le dosi disponibili nel 2021 siano limitate. Qui identifichiamo strategie ottimali di allocazione del vaccino a livello nazionale e internazionale per massimizzare la salute (evitare morti) sotto vincoli sulla fornitura di dosi. Abbiamo esteso un precedente modello matematico di trasmissione di SARS-CoV-2 in diversi contesti nazionali per modellare l'impatto sulla salute pubblica dei potenziali vaccini, utilizzando una gamma di profili di prodotti sviluppati dall'Organizzazione Mondiale della Sanità. Dimostriamo che con l'aumentare dell'offerta, i vaccini che riducono o bloccano l'infezione - e quindi la trasmissione - oltre a prevenire le malattie hanno un impatto maggiore rispetto a quelli che prevengono solo la malattia, grazie alla protezione indiretta fornita ai gruppi ad alto rischio. Dimostriamo inoltre che l'impatto sulla salute della vaccinazione dipenderà dall'incidenza cumulativa dell'infezione nella popolazione all’inizio della vaccinazione, dalla durata di qualsiasi immunità acquisita naturalmente, dalla probabile traiettoria dell'epidemia nel 2021 e dal livello di assistenza sanitaria disponibile per trattare efficacemente i malati. All'interno di un paese, troviamo che per un'offerta limitata (dosi per <20% della popolazione) la strategia ottimale è quella di mirare a vaccinare gli anziani e altri gruppi ad alto rischio. Tuttavia, se è disponibile un'offerta più ampia, la strategia ottimale diventa quella di puntare ai trasmettitori chiave (cioè la popolazione in età lavorativa e potenzialmente i bambini) per proteggere indirettamente gli anziani e i vulnerabili. Data la probabile fornitura globale di dosi nel 2021 (2 miliardi di dosi con un vaccino a due dosi), troviamo che una strategia in cui le dosi sono assegnate ai paesi in proporzione alla dimensione della loro popolazione è vicina all'ottimale nel minimizzare i decessi. Tale strategia è inoltre in linea con i principi etici concordati nella pianificazione della preparazione alla pandemia. 

Arabic - العربية

Translation will be available shortly